专利名称：整修多部件电极的方法
技术领域：
本公开总体上涉及电极整修(reconditioning)的方法，特别是涉及整修多部件 电极的方法，所述多部件电极被用作等离子体加工系统中的激发电极。尽管本公开方法不 受整修前所述电极已使用状况的限制，也不限于特定的电极结构，但基于说明之目的，本发 明参考硅基电极总成对所述方法步骤进行说明，其中硅基电极连接在垫板上。实施本发明 者会发现，对于内部或者外部铝底层硅电极，本发明所阐明的所述方法步骤中的一些具有 良好的实用性。图1所示为包含内部淋浴头电极20和外部环形电极30的电极总成10。图2所 示为分立的所述内部多部件电极20。图3所示为分立的所述外部多部件电极30。尽管所 述内部和外部电极20，30其各自结构基本上不同，但在整修这两种类型的电极时，本公开 的方法都是适用的。因此，可以推理，其它种类电极的整修，包括那些结构上与所述内部和 外部电极相似以及那些结构上与所述内部和外部电极不同的电极的整修，本公开方法也适 用。
发明内容
在本公开的一种实施方式中，提供了一种整修多部件电极的方法，所述多部件电 极包含连接在导电垫板上的硅电极。所述方法包括(i)去除多部件电极上的金属离子， 即将多部件电极在基本无醇的并且包含硫酸、过氧化氢和水的磷酸氢二钠(DSP)溶液中浸 泡，接着用去离子水清洗所述多部件电极；(ii)去除所述多部件电极上的金属离子后，将 所述多部件电极的一个或者一个以上表面抛光；并且(iii)去除所述多部件电极的硅表面 的杂质，即用包含氢氟酸、硝酸、醋酸和水的混合酸溶液处理所述经抛光的多部件电极，接 着用去离子水清洗所述经处理的多部件电极。范围更宽和更窄的其它实施方式是可以预料 (contemplated)的。
结合下面的附图，本公开的具体实施方式
的下述详尽描述将更好理解，附图中相 同的部件用相同的标号标注，其中图1所示为包含内部淋浴头电极和外部环形电极的电极总成；图2所示为图1中所述内部电极的分立图；图3所示为图1中所述外部电极的分立图；图4所示为整修多部件电极的程序；并且图4A和4B所示为本公开的一种实施方式中，背面安装电极载架的两个主要部件 零件；图5所示为图4A和4B中的组装部件；图6所示为安置在图5所示的背面安装电极载架组装件里的多部件电极；图7所示为图6中的组装载架的背面；
图8所示为图6中的包含背面安装板的组装载架部分分解图；图9为图6的组装载架用清洁板的等比图；图10为图6中的组装载架的部分分解图，以及载架用辅助清洁板和三脚架；图11所示为本公开的一种实施方式中的周边啮合电极载架；图12是图11所示的载架的部分分解图；图13-16所示为本公开中使用在周边啮合电极载架上的往复电极支座，以及往复 运动的方式；并且图17所示为周边啮合电极载架和载架用辅助三角支架。如上文所提及的，本公开涉及整修多部件电极的方法。图1-3所示实例为电极 总成10，其形成于两种类型的多部件电极，即碟形内部多部件淋浴头电极20和环形外部 多部件电极30。多部件电极20，30都包含连接在导电垫板M，34上的硅电极22，32。所 述内部电极图示在图1中，其包含阵列气道26，本技术领域，阵列气道通常称作淋浴头气 道。所述外部电极30包括一系列的周边硅片，这些周边硅片拼合在一起包绕所述内部电 极20的周边。所述电极20，30和所述电极总成10的其它特定特征不属于本发明的重点， 在此不详细阐述。关于与图3中所示相类似的电极总成结构的进一步教导可以在公布号为 2007/0068629, 2007/0235660和2007/(^84246的美国专利中找到，这些专利的相关内容作 为参考并入本发明中。其它的相关教导可以从专利号为6，073，577，6，148，765，6，194，322， 6，245，192，6，376，385和6，506，254，以及公布号为2005/0241765的美国专利中找到。如 上文所提及的，本公开涉及整修多部件电极的方法。本公开的构思不应当限于特定的电极 和电极总成结构。图1-3所示的所述多部件内部和外部电极20，30可以包括各种各样的任意垫板结 构，包括但不限于导电铝基或石墨基垫板对，34。所述硅电极22，32可以与所述相应的导电 垫板M，34以任何方式连接。典型地，在所述电极与垫板的接口处涂敷高分子胶粘剂连接， 并用机械方法确保所述连接。也可以预料，在所述接口可以使用非粘性垫圈，所述电极和垫 板可以机械连接。关于所述硅电极22，32，应当注意，此处所称的硅电极或者包含硅的电极 应当解读为，包含在其结构中使用了任何形式的硅的任何类型的电极。尽管根据本公开实施的特定工艺步骤可以变化，图4图解了本公开中整修多步骤 电极的一道工序。最开始，去除多部件电极上的金属离子，即将所述多部件电极在基本上无 醇的并且包含硫酸、过氧化氢和水的DSP溶液中浸泡(见步骤100)。所述DSP溶液刚好适 合该步骤，因为其可以有效去除离子，并且不会象异丙醇或者其它含醇类溶液那样污染所 述电极材料。所述DSP溶液在这里采用“基本上”无醇的描述，是因为可以预料所述溶液中 可能存在痕量醇类，但不影响所述溶液的无污染特性。所述多部件电极可以用CO2颗粒流 向或者流过多部件电极表面对其进行预处理-压强通常不要超过40psi。在一种实施方式中，所述DSP溶液包含许多水，并且按体积，其中过氧化氢多于硫 酸。具体而言，按体积，所述DSP溶液可以包含至少大约80%的水。可以进一步预料，按体 积，所述DSP溶液可以包含容积大约70-90%的水、大约10-20%的过氧化氢以及大约10% 的硫酸。具体而言，按体积，所述DSP溶液包括大约80%的水、大约15%的过氧化氢以及大 约5%的硫酸。浸泡后，所述多部件电极用去离子水(DIW)漂洗，以完成所述金属离子去除步骤(见步骤200)。铝、石墨以及用于制造其它硅基多部件电极的其它材料是潜在的污染源。本 发明人已经意识到，在清洗过程中，来自于铝以及其它多部件电极材料的污染风险可以通 过确保去离子水的温度在大约20士5°C，或者在某些情况下低于20士5°C得以减小，其中， 所述去离子水用于去除来自所述多部件电极的金属离子和杂质。比较而言，典型的高温、温 水清洗其温度在20士5°C以上，并且会增强污染。为进一步防止清洗过程中的污染，将去离 子水电阻率控制在至少大约12MQ-cm也是有效的，因为离子的去除导致电阻率增大，从而 提供了一种测量去离子作用确切范围的便捷方法，其中所述去离子水用于去除来自多部件 电极的金属离子和杂质。金属离子去除后，可以将所述多部件电极的各个表面抛光(见步骤300)。如图4 所概要图解的一样，表面抛光可以在基本上连续的去离子体水流下进行，所述去离子水水 流温度大约20士5°C或者更低，并且流速足以阻止所述电极表面的去离子水温度升到大约 25°C以上。然而，可以预料，本公开的最宽保护范围不限于特定的抛光步骤或者程序。典 型地，从下文的一个合适整修程序的详细描述中可以清楚看出，所述抛光步骤可以包含许 多部件抛光步骤，其在抛光实施的具体方式上相对彼此有变化。所述抛光步骤之后，可以 进行超声清洗工序，即将所述多部件电极用去离子水处理，并用超声波能量辐射(见步骤 400)。另外，为了降低污染的可能性，用于超声清洗工序中的所述去离子水的温度应当是大 约20 士 5 °C，或者在某些情况下低于20 士 5 °C。在某些情况下，通过确保用于所述超声清洗 工序中的去离子水其超声功率密度在大约1. 5瓦/厘米2到大约3. 1瓦/厘米2之间，其频 率大约40千赫兹，从而促进所述多部件电极的超声清洗。使用混合酸溶液处理所述经抛光的多部件电极可以进一步去除所述多部件电极 硅表面的杂质(见步骤500)。所述混合酸溶液可以采取各种各样的形式，包括在专利号为 7，247，579 和公布号分别为 2008/0015132, 2006/0141802，2008/0092920, 2006/0138081 的 美国专利中公开的混合酸溶液。在本公开的一种实施方式中，所述混合酸溶液包含氢氟酸、 硝酸、醋酸和水，并且用所述混合酸溶液擦拭所述各表面从而完成对所述电极表面的处理。本发明考虑了用所述混合酸溶液处理所述电极表面的多种技术。例如，其中所述 多部件电极包含淋浴头电极，实施所述擦拭工序时，所述电极要夹持在固定装置上，并且要 将压缩的氮气引导流经所述淋浴头电极的淋浴头通道，以防止所述混合酸溶液被吸进所述 淋浴头通道里。更通常地，本公开预期的方法有使用一个或者一个以上辊将所述混合酸溶 液涂敷到所述电极表面，所述辊仅仅与所述电极的硅表面接触；当所述混合酸溶液接触所 述电极表面时，压缩所述多部件电极的所述垫板边的气体体积；让所述混合酸溶液接触所 述硅表面，并在通过毛细管作用能将所述溶液吸收通过所述电极的淋浴头通道前蒸发；以 及将抗腐蚀剂涂敷到所述多部件电极的所述垫板上和/或所述电极与所述垫板交接处的 粘结剂上。典型地，优选参照步骤200，用去离子水清洗所述经处理的多部件电极，从而完成 所述混合酸处理步骤，其中所述去离子水有如上所述的步骤200中的去离子水相似的特 性。处理所述多部件电极，也可以优选，用去离子水清洗后，再用混合酸溶液反复擦拭所述 电极表面。此外，在许多情况下，在前述杂质去除工序后，进行焙烤、N2吹泄和电极装袋步 骤，也是有益的。在实施本公开过程中，优选确保使用如下配置
·超声池，其功率密度为10-20瓦/英寸2 (40千赫兹)，去离子水溢满(超声池里 去离子水的流动率应当大于1. 5)；·用于电极抛光的变速旋转台； 干冰(CO2)颗粒清洁系统(为避免金属污染和毁坏，推荐使用塑料喷嘴。推荐的 喷嘴有(1)长6英寸或者9英寸，0.125英寸孔的塑料喷嘴，或者(2)长6英寸或者9英 寸，0.3125英寸孔的塑料喷嘴。用塑料保护带包裹金属喷嘴也是可以接受的)；·抛光固定装置，用于安装拟抛光的电极；·由McMaster Carr提供的型号为67!35K4的Magnum清洗枪，用于在40_50psi的
压强下用去离子水、N2或者干空气清洁。·聚丙烯或聚乙烯槽，用于传送去离子水中的硅电极和浸泡电极；·冲洗和/或再循环系统，用于支持温度T = 20. 0士5. 0°C的7. 0士 1. 0加仑/分 (GPM)的去离子水流量。去离子水、去离子水与N2的混合物或者2%异丙醇(IPA)的水溶 液用于冲洗。所述系统应当是能够容纳三个原位过滤器，两个颗粒过滤器(1.0微米和0.2 微米级)和一个Mykrolis Protego金属纯化/过滤器的洁净室；·清洗工作台，用于去离子水清洗和酸擦拭；·温度传感器或者测温仪，用于测量超声(U/幻处理过程中U/S池里DIW的温度， 以及再循环系统中的水温；·用氮气清洁的洁净室真空包装机；·焙烤炉，兼容100级洁净室；· 10000级和10级洁净室；·标准喷嘴枪，用于抛光和清洗过程中DI水清洗； 型号为6735Κ4的大型边发清洗枪，用于在40_50psi的压力下用去离子水、N2或 者干空气进行清洁(由McMaster Carr提供)。·清洁柔软的化学机械抛光(CMP)垫，用于覆盖抛光固定装置以及保护电极的非 硅表面(在放置所述电极以前，用IPA预清洁所述垫)；·金刚石3. 5英寸抛光碟(力度为140，180，220，280，360和800)和有钻石头的 3. 0英寸尖顶抛光器；·聚酰亚胺膜带；·聚四氟乙烯螺纹密封带；· 100级抗酸洁净室擦拭器，用于清洗和擦拭；·半导体级氢氟酸(HF)，符合SEMI. Spec.以8_0301，等级2或者更好；·半导体级硝酸(HNO3)，符合SEMI. Spec. 05-0301，等级2或者更好；·半导体级醋酸(CH3COOH)，符合SEMI. Spec. C18-0301，等级1或者更好；·半导体级硫酸(H2SO4)，符合SEMI. Spec. C44-0301，等级2或者更好；·半导体级过氧化氢(H2O2)，符合SEMI. Spec. C30-1101，等级2或者更好；·尼龙，100级，2密尔厚的包，用于包装电极；·聚乙烯洁净室包，4密尔厚，满足规格IEST-STDCC1246D，100级；· 100级洁净室腈手套；· 100级抗静电乙烯基化合物手套(只能用于洁净室里，不应当用于IPA浸泡和清洗过程中)；· DSP溶液参数
体积浓度体积比1升中的体积硫酸96% Ο/ν)150ml过氧化氢31% Ο/ν)3160ml去离子水100%16790ml·混合酸溶液参数
权利要求
1.一种整修多部件电极的方法，所述多部件电极包含连接在导电垫板上的硅电极，所 述方法包括去除所述多部件电极上的金属离子，所用方法为将所述多部件电极在基本上无醇的并 且包含硫酸、过氧化氢和水的磷酸氢二钠(DSP)溶液中浸泡，接着用去离子水清洗所述多 部件电极；去除所述多部件电极上的金属离子后，将所述多部件电极的一个或者一个以上的表面 抛光；接着去除所述多部件电极硅表面的杂质，所用方法为用包含氢氟酸、硝酸、醋酸和水的混合 酸溶液处理所述经抛光的多部件电极，然后用去离子水清洗所述经处理的多部件电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，按体积，所述DSP溶液包含大量的水。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，按体积，所述DSP溶液包含的过氧化氢多于硫酸。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，按体积，所述DSP溶液包含至少大约80%水。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，按体积，所述DSP溶液包含大约70-90%的水，大 约10-20%的过氧化氢，以及大约10%的硫酸。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，按体积，所述DSP溶液包含大约80%的水，大约 15%的过氧化氢，以及大约5%的硫酸。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，用于去除所述多部件电极上的金属离子和杂质 的去离子水电阻率至少大约12MQ-cm。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，用于去除所述多部件电极上的金属离子和杂质 的去离子水温度不高于大约20 士 5°C。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述表面抛光在基本上连续的去离子水水流下 进行，所述去离子水水流温度不高于大约20士5°C，并且其流量足以阻止所述电极表面的去 离子水温度升到大约25°C以上。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在用所述混合酸溶液处理所述经抛光的多部件电极前，在去离子水中对所述多部件电 极通过超声清洗工序处理，从而去除所述多部件电极硅表面的杂质；用于超声清洗工序中的所述去离子水温度不超过大约20士5°C ；并且用于所述超声清洗工序中的去离子水其超声功率密度在大约1. 5瓦/厘米2和大约3. 1 瓦/厘米2之间，频率大约40千赫兹。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，用所述混合酸溶液擦拭所述电极表面，以处理 所述经抛光的多部件电极。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多部件电极包含淋浴头电极，实施所述擦 拭工序时，所述电极要用固定装置夹持，并且将压缩的氮气引导流经所述淋浴头电极的淋 浴头通道，以防止所述混合酸溶液被吸进所述淋浴头通道里。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述擦拭工序之后，在不超过大约20士5°C的 温度下，进行去离子水清洗工艺。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，用KOH溶液擦拭所述电极表面，从而去除所述经 抛光的多部件电极上的污迹。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，用包含氢氟酸、硝酸和水的酸洗溶液擦拭所述导电垫板的表面，从而去除所述经抛光的多部件电极上的污迹。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多部件电极包括连接到导电铝基垫板或导 电石墨基垫板上的硅电极。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多部件电极设置成淋浴头电极或者包绕淋 浴头电极的环形电极。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括，通过在不超过40psi的压强 下，使ω2颗粒流向或者流过所述多部件电极的表面，去除杂质。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，用去离子水进行清洗后，用所述混合酸溶液反 复擦拭所述电极表面，从而去除所述多部件电极上的杂质。
20.一种整修多部件电极的方法，所述多部件电极包含连接在导电垫板上的硅电极，所 述方法包括去除所述多部件电极上的金属离子，所用方法为让所述多部件电极在基本上无醇的并 且按体积，包含大约70-90%的水、大约10-20%的过氧化氢以及至多大约10%的硫酸的 DSP溶液中浸泡，接着用去离子水清洗所述多部件电极，其中所述去离子水的电阻率至少大 约12M Ω-cm，并且所述去离子水的温度大约20士5°C ；去除所述多部件电极上的金属离子后，将所述多部件电极的一个或者一个以上的表面 抛光，其中所述表面抛光是在基本上连续的去离子水水流下进行，所述去离子水水流温度 大约20士5°C，并且其流量足以阻止所述电极表面的去离子水温度升到大约25°C以上；在用包含氢氟酸、硝酸、醋酸和水的混合酸溶液处理所述经抛光的多部件电极前，在 去离子水中对所述多部件电极通过超声清洗工序处理，从而去除所述多部件电极硅表面的 杂质，接着用去离子水处理所述多部件电极，其中用于超声清洗工序中的所述去离子水的 温度大约20士5°C，并且用于所述超声清洗工序中的所述去离子水其超声功率密度在大约 1. 5瓦/厘米2和3. 1瓦/厘米2之间，频率大约40千赫兹。
全文摘要
本发明提供了一种整修多部件电极的方法，所述多部件电极包含连接在导电垫板上的硅电极。所述方法包括(i)去除多部件电极上的金属离子，所用方法为将多部件电极在基本上无醇的并且包含硫酸、过氧化氢和水的磷酸氢二钠(DSP)溶液中浸泡，接着用去离子水清洗所述多部件电极；(ii)去除所述多部件电极上的金属离子后，将所述多部件电极抛光；并且(iii)去除所述多部件电极硅表面的杂质，所用方法为用包含氢氟酸、硝酸、醋酸和水的混合酸溶液处理所述已抛光的多部件电极，接着用去离子水清洗所述经处理的多部件电极。范围更宽和更窄的其它实施方式是可以预料的。
文档编号H05H1/34GK102077696SQ200980125834
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月23日 优先权日2008年6月30日
发明者斯特芬·惠藤, 方言, 杜安·奥特卡, 石洪, 阿芒·阿沃扬 申请人:朗姆研究公司